"Гражданская авиация", вероятно 1989, №4, с. 27-28.
Остановимся вкратце на системах орбитального корабля, непосредственно связанных с управлением полета. При создании системы управления "Бурана" был использован накопленный ранее опыт по разработке автоматических и пилотируемых космических аппаратов с вычислительными машинами на борту. Практика управления полетом орбитальными станциями и одноразовыми транспортными кораблями показывает, что все больший объем управленческих тактических задач необходимо переносить на бортовой комплекс и экипаж корабля. Таким образом за Центром управления полетом и наземным персоналом остается решение задач стратегического планирования, управления в непредусмотренных ситуациях, а также обработки и интерпретации научных и народнохозяйственных экспериментов и исследований.
На "Буране" реализована возможность закладки в БЦВК еще на земле, при подготовке к пуску, последовательности всех необходимых полетных операций и их модификаций в нештатных ситуациях, требуемых для автоматического выполнения программы полета. Кроме того, в случае необходимости, программа полета корабля может быть изменена из Центра управления по командной радиолинии.
Особые функции возлагаются на систему управления по обеспечению безопасности полета. Жидкостные двигатели, применяемые на первой и второй ступенях ракеты "Энергия", позволили построить автоматическую систему распознавания их отказов с выключением отказавших двигателей и оптимальным использованием оставшейся энергетики ракеты и корабля. Нужно отметить, что в американской схеме многоразовой системы из-за применения на первой ступени твердотопливных ускорителей, подобная система в полном объеме практически нереализуема.
Для решения задач безопасности полета и сохранения полезных нагрузок на системы управления ракеты "Энергия" и корабля "Буран" возложено решение навигационной задачи и управлению движением при отказе двигателей носителя с автоматическим выбором одного из трех возможных вариантов полета: штатного с выходом на расчетную орбиту искусственного спутника земли, одновиткового в случае отказов носителя на поздних этапах участка выведения, и маневра возврата "Бурана" на аэродром вблизи стартового комплекса при отказах носителя на ранних этапах участка выведения.
Еще одной из наиболее сложных систем "Бурана" является его объединенная двигательная установка. О сложности этой системы говорит уже сам факт количества силовых установок, входящих в ее состав: 48 двигателей трех размерностей по тяге. Два наиболее мощных из них предназначены для довыведения на орбиту, орбитального маневрирования и торможения при сходе с орбиты, 38 двигателей используются для управления движением относительно центра масс и еще восемь двигателей - для прецезионных перемещений.
Не менее важной системой орбитального корабля является радиотехнический комплекс, обладающий возможностями обмена с Центром управления полетом (ЦУП) всеми видами полетной информации. Этот комплекс также потребовал немалого объема наземных испытаний. При этом особое внимание было уделено отработке связи "Бурана" с ЦУПом через спутник-ретранслятор, располагающийся на геостационарной орбите. Тракт связи с кораблем через такой спутник обладает гораздо большими возможностями, чем работа через наземные и корабельные станции слежения.
Особое место в процессе подготовки к полету занимало создание посадочных средств, а также отработка автоматического спуска и посадки "Бурана" на аэродром. Сложность данной задачи заключалась в том, что траектория спуска многоразового орбитального корабля в атмосфере примерно вдвое длиннее соответствующего участка полета одноразовых кораблей, а требуемая точность захода на посадочную полосу аэродрома - выше на три порядка. Кроме того, посадка "Бурана" осуществляется в "бездвигательном" режиме и потому должна надежно выполняться с первого (единственного) захода.
Полет по трассе спуска обеспечивается системой управления корабля автономно до высоты около сорока километров, а затем при коррекции сначала дальномерными, а затем азимутально-угломерным и маячными радиотехническими средствами. При этом до высоты примерно 90 километров ориентация "Бурана" осуществляется только реактивными органами управления, в диапазоне высот 90-20 километров - совместной работой реактивных и аэродинамических, а ниже 20 километров - с помощью только аэродинамических органов управления. На атмосферном участке полета обеспечивается устойчивость и управляемость корабля в диапазоне от гиперзвуковых скоростей (число М более 20) до посадочной скорости "Бурана" на полосу аэродрома - 300-340 км/час.
Все эти особенности спуска многоразового корабля - высокая точность посадки с первого захода, полет и работа органов управления в необычно широком диапазоне скоростей, корректировка бортовой системы управления с Земли - заставили разработчиков системы управления посадкой провести чрезвычайно большой объем экспериментальной донатурной отработки, в том числе на многочисленных летающих лабораториях. Проверка аэродинамических характеристик, а также управляемости на гиперзвуковых скоростях осуществлялась на геометрически подобных моделях "Бурана", выводимых на суборбитальные траектории с помощью серийных ракет-носителей. Проверка системы управления на дозвуковых скоростях с автоматической посадкой, отработки дальномерной и маячной радиосистем проводилась с помощью специально оборудованных летающих лабораторий на базе самолетов Ту-154 и Ту-134.
Наземные средства приема телеметрической, телевизионной и телефонной информации, располагаемые в районе аэродрома посадки, совместно с радиолокационными средствами слежения и выдачи целеуказаний отрабатывались с помощью полетов специально оборудованного для этих целей истребителя МиГ-25, в дальнейшем используемого во время спуска "Бурана" как самолет сопровождения и телевизионного наблюдения. Траекторная информация с радиолокационных средств обрабатывалась на специальных мини-ЭВМ аэродрома, отображалась на рабочих местах персонала региональной группы управления посадкой и в цифровом виде транслировалась в подмосковный Центр управления полетом для идентичного отображения в реальном масштабе времени.
Радиолокационные средства слежения за полетом с обработкой и отображением информации, дальномерная и маячные системы с ответной бортовой аппаратурой для коррекции автономной системы управления были созданы и отрабатывались как единый радиотехнический навигационно-посадочный комплекс. Наконец совокупность всех бортовых и наземных систем орбитального корабля на дозвуковых скоростях с автоматической посадкой отрабатывалась и проверялась на его аналоге, оснащенном дополнительными двигателями для самостоятельного взлета с аэродрома. Всего на летающих лабораториях и аналоге до космического полета "Бурана" было выполнено около ста пятидесяти автоматических посадок. Причем полеты на самолетах-лабораториях и аналоге выполняли будущие пилоты многоразового орбитального корабля.
Несмотря на широкую бортовую автоматизацию даже в первом кратковременном полете "Буран" был связан с ЦУПом, размещенным в подмосковном Калининграде, всеми информационными и командными каналами.
Возросшие сложности и скоротечность полетных операций потребовали от ЦУПа повышенной автоматизации обработки и передачи данных. Объем передаваемой с борта телеметрической информации (более половины ее составляют данные БЦВК) возрос почти вдвое по сравнению с летающим комплексом "Мир-Квант-Союз", впервые в отечественной практике обработка траекторной информации с многоразового корабля осуществлялась в режиме, близком к реальному масштабу времени. Передача командной информации, в отличие от предыдущих полетов, производилась на уровне межмашинного обмена данными.
К началу летных испытаний "Бурана" в ЦУПе начал функционировать специальный комплекс с новым главным залом управления и помещениями для групп поддержки. Существенно увеличена мощность информационно-вычислительного комплекса ЦУПа за счет введения ЭВМ четвертого поколения ПС-2000 и ВС-2, развитой терминальной системы взаимодействия и применения персональной вычислительной техники. Общая производительность информационно-вычислительного комплекса ЦУПа возросла до пятидесяти миллионов операций в секунду, а объем вновь разработанного математического обеспечения управления полетом составил около двух миллионов команд.
Наземный комплекс управления, мозговым центром которого является ЦУП, при первом полете "Бурана" включал в себя шесть наемных станций слежения, четыре плавучих станции (по два корабля в Тихом и Атлантическом океанах), а также объединяющую все станции слежения с ЦУПом систему связи и передачи данных. Для обеспечения полета "Бурана" были привлечены три спутника-ретранслятора на геостационарных орбитах и группировка из нескольких спутников на высокоэллиптических орбитах.
Накопленный опыт работы с долговременными орбитальными станциями и одноразовыми кораблями показал необходимость совместной разработки, а также испытаний бортовых и наземных средств управления полетом. В период подготовки и в процессе полета "Бурана" эта идея воплотилась в функциональном их объединении в рамках автоматизированной системы управления попетом.
Тщательно готовился к первому запуску многоразового корабля персонал управления в ЦУПе, специалисты на станциях слежения, на полигонном измерительном и посадочном комплексах. На заключительном этапе подготовки, длившемся около четырех месяцев, было выполнено более десяти комплексных тренировок с привлечением всех задействованных средств ЦУПа, станций слежения, полигонного и посадочного комплексов, а также наземных моделирующих стендов, летающих лабораторий и реального корабля. Во время тренировок многократно отрабатывались все полетные операции с имитацией возможных нештатных ситуаций.
Основной задачей первого полета многоразовой космической системы являлось продолжение летной отработки универсальной ракеты-носителя "Энергия", проверки функционирования конструкции и всех бортовых систем корабля "Буран" на наиболее напряженных участках полета - при выведении и спуске с орбиты, с минимальной длительностью орбитального участка. Поэтому первый беспилотный полет "Бурана" был запланирован непродолжительным - два витка вокруг земного шара или 206 минут полета, начиная с отрыва от стартового стола и кончая остановкой на посадочной полосе аэродрома.
Но случилось так, что первая попытка пуска 29 октября оказалась неудачной. Из-за технических неполадок за 51 секунду (!) до расчетного времени запуска автоматическая система контроля прекратила стартовый отсчет. Что ж, все средства, а также службы подготовки и обеспечения полета прошли еще одну, последнюю генеральную тренировку, полученную, правда, довольно дорогой ценой. Ведь технология повторения пуска при его отмене, столь близком к моменту старта, предусматривает слив топлива из ракеты и корабля с последующей подготовкой к новой заправке в течение 10 - 15 суток. Кроме того, необходимо было устранить возникшую неисправность и проверить выполненные доработки.
15 ноября 1988 года, несмотря на ухудшение погоды, Государственная комиссия все же подтвердила время нового запуска. На этот раз вся циклограмма предстартовой подготовки прошла гладко. Ровно в 6 часов 00 минут по московскому времени космическим комплекс: универсальная ракета-носитель "Энергия" - многоразовый орбитальный корабль"Буран" оторвался от стартового стола, и в считанные мгновения слепящий огненный факел ушел в нависшую над космодромом плотную облачность.
Удивительно долго тянулись восемь минут участка выведения. Наконец в 6 часов 8 минут 3 секунды "Буран" начал свой первый самостоятельный космический полет.
Особенностью баллистической схемы полета комплекса "Энергия - Буран" является то, что после завершения работы носителя высота над поверхностью Земли составляет около 150 километров. Поэтому требуется довыведение корабля на рабочую орбиту собственными средствами.
С этой целью в первые 40 минут и осуществлялись два маневра такого довыведения. Параметры этих маневров (величина, направление и момент отрабатываемого импульса двигательной установки) автоматически рассчитал бортовой вычислительный комплекс "Бурана" в соответствии с заложенным полетным заданием и реальными параметрами движения на момент отделения от носителя.
Первый маневр проходил в зоне связи наземных станций слежения, второй - над Тихим океаном. Для передачи телеметрии по второму маневру использовалась необычайно протяженная трасса. Вот ее составляющие: "Буран" - плавучая станция слежения на корабле в Тихом океане - стационарный спутник связи - ретрансляционная станция "Орбита" в Петропавловске-Камчатском - высокоэллиптический спутник связи - подмосковный ретрансляционный пункт и, наконец, - Центр управления полетом. Протяженность всей этой трассы составляла более 120 тысяч километров.
Вскоре последовал доклад баллистиков: после выполнения маневров корабль вышел на практически расчетную орбиту с минимальной и максимальной высотами 255 и 265 километров соответственно.
Вне участков маневров для соблюдения теплового режима "Буран" осуществляя полет в орбитальной ориентации левым крылом к Земле. Правильность заданной орментации помимо телеметрии подтверждала и "картинка" с бортовой телекамеры, размещенной по продольной оси корабля за остеклением кабины. Исполнялись все передаваемые из ЦУПа команды на управление телеметрической и телевизионной системами "Бурана".
Затем была произведена важная орбитальная операция - перезагрузка оперативной памяти БЦВК для работы на участке спуска, а также перекачка топлива из носовых баков в кормовые для обеспечения посадочной центровки. Неожиданно в один из ответственных моментов произошел сбой в передаче телеметрии через стационарный спутник связи. Это несколько "сбило" рабочий ритм ЦУПа, через несколько минут связь с кораблем была восстаноалена, и мы с облегчением вновь убедились в нормальном процессе полета.
Справедливости ради заметим, что в этом первом испытательном космическом полете "Бурана" не обошлось без замечаний по работе отдельных бортовых и наземных систем. Однако ни одно из них не было принципиальным и не повлияло на выполнение задач полета в целом.
...Прошло всего полтора часа полета, и вот БЦВК уже рассчитал и сообщил в ЦУП параметры тормозного маневра для схода с орбиты. В 8 часов 20 минут был включен двигатель, отработавший заданную величину скорости и орбитальный корабль начал снижение. Еще через полчаса он "зацепился" за атмосферу, а в 8 часов 53 минуты на высоте около 90 километров связь с ним прекратилась из-за плазменных образований.
Кстати, движение "Бурана" в огненной плазме более чем втрое продолжительней, чем при спуске одноразовых кораблей типа "Союз" и по расчету составляет примерно 16-19 минут. Читатель может понять наше волнение. Эти минуты полета без связи, в условиях наивысших тепловых нагрузок, переживаются не меньше, чем стартовое ожидание. И вот наконец в 9 часов 11 минут, когда корабль летел уже на высоте около 50 километров, прозвучали доклады: "Есть прием телеметрии!", "Есть обнаружение средствами посадочных локаторов!", "Системы корабля работают нормально!". В тот момент удаление "Бурана" от посадочной полосы составляло около 500 километров, а скорость его, хотя и уменьшилась, но все еще почти в десять раз превышала теперь скорость звука.
До посадки оставалось чуть больше десяти минут. Скорость корабля продолжала интенсивно гаситься в атмосфере. Движение "Бурана" шло строго по расчетной траектории снижения. На контрольных дисплеях ЦУПа отметка корабля постепенно перемещалась к посадочной полосе аэродрома практически в середине допустимого коридора возврата. На высоте около семи километров на сближение с "Бураном" вышел самолет сопровождения МиГ-25. Благодаря установленной на нем телекамере мы наблюдали телевизионное изображение орбитального корабля и восхищались: летит целый, невредимый, будто и не прошел сквозь космические тернии.
Затем началось завершающее предпосадочное маневрирование и на высоте четырех километров - выход на посадочную глиссаду. В ЦУП начали передавать изображение аэродромные телекамеры. Еще минута, выпуск шасси - и вот в 9 часов 24 минуты 42 секунды произошло плавное касание посадочной полосы. До чего же необычайно красивая, правильная и изящная была посадка восьмидесятитонной махины! Просто не верилось, что в кабине не было экипажа. Более десяти лет шли мы к этой минуте - и вот первый автоматический полет многоразового орбитального корабля "Буран" успешно завершен. Впервые в мировой практике оуществлена высокоточная беспилотная посадка на посадочную полосу аэродрома.
Трудно передать, что делалось в тот момент в зале Центра управления. Взрослые, серьезные, даже осунувшиеся и мрачноватые в последние дни перед запуском люди - специалисты всех профилей, инженеры, кандидаты и доктора наук, вскочили из-за своих пультов, обнимались и кричали "ура"... Пожалуй за многие годы работы по управлению полетами, вероятно, со времен гагаринского полета, не было такого искреннего и всеобщего ликования.
Но эмоции пришлось сдерживать. Центр управления полетом еще в течение десяти минут после остановки корабля на полосе аэродрома должен был контролировать приведение его бортовых систем в исходное состояние, а затем и их выключение. По просьбе группы послеполетного обслуживания мы выдали из ЦУПа через спутник связи последнюю команду на борт. Системы Бурана" обесточены. Все! Наступила долгожданная возможность сделать выдох...
Сегодня мы с уверенностью констатируем: впереди новые старты "Бурана", увеличение длительности пребывания его на орбите и... переход к пилотируемым полетам.
Какой вывод можно сделать? Работы по созданию многоразовой системы "Энергия - Буран" способствовали взаимному обогащению специалистов многих отраслей народного хозяйства, в том числе и гражданской авиации, современным опытом разработок космической и авиационной техники, созданию средств всепогодной автоматической посадки воздушных судов, развитию мощной тренажерной и стендовой базы, совершенствованию компьютерной техники. Получено принципиально новое транспортное космическое средство. Важным фактором создания и летных испытаний многоразовой системы явилось и получение неоценимого опыта организации работы при сложной кооперации ее участников.
Все это уже сегодняшний вклад "Энергии" и "Бурана" в общее развитие и прогресс отечественной науки и техники.